论文摘要
煤层气是赋存于煤层及其围岩中的一种自生自储的非常规天然气,是一种新型的清洁能源和优质化工原料。开发利用煤层气不仅可以提高煤矿的安全生产水平,而且在充分利用不可再生资源、缓解常规油气供应紧张状况、保护大气环境等多方面均有十分重要的意义。本文基于国内外文献调研,分析了煤层气的储集、运移和产出机制,建立了非稳态和拟稳态情况下煤层气单相运移方程,并利用解析方法进行求解。通过分析结果,进一步认识了煤层气开采所经历的解吸、扩散和渗流一系列过程,在此基础上建立了双重孔隙度介质下的三维两相数学模型和数值模型,并分别推导出了直井和水平井生产煤层气时的产能公式。模型中引入了Langmuir等温吸附定律、Fick定律来描述煤层气的解吸和扩散行为,并借助计算机技术,利用有限差分方法实现了数学模型的数值求解,同时编制了计算机模拟程序,开发出具有友好操作界面的煤层气数值模拟软件。获得的主要研究结论如下:(1)利用解析方法对非稳态和拟稳态两种模型煤层气的单相运移方程进行了求解和分析。通过分析煤层气产量和地层压力变化,发现在煤层气生产前期(约30天),两种模型有较大差异。非稳态结果能够较好的反映煤层气产量及地层压力变化;中后期两种模型的结果基本趋于一致。因此在煤层气中后期开采预测中可以使用拟稳态模型;(2)直井生产条件下,通过分析煤层厚度、渗透率、孔隙度、扩散系数、等温吸附常数等9项敏感参数对产能的影响,发现煤层厚度、割理渗透率和等温吸附常数对煤层气产量影响较为明显;(3)水平井生产条件下,通过分析煤层厚度、渗透率、孔隙度、等温吸附常数、水平井开采层位等11项敏感参数对产能的影响,发现对直井产能影响明显的因素对水平井产能仍具有显著影响,并且在相同地质条件下,水平井产能比直井提高20%以上。另外水平井长度和开采层位对水平井产能也有显著影响;(4)通过对比直井和水平井产量曲线,发现水平井在开采煤层气方面具有很大优势,因此在相同条件下,应优先考虑选用水平井开采。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 课题选题依据及研究意义1.2 国内外研究现状1.3 主要研究内容及拟解决的关键问题第二章 煤层气的储层特征及储集、运移和产出机理2.1 煤层气储层特征2.1.1 煤层气储层的基质孔隙2.1.2 煤层气储层的裂隙孔隙系统2.1.3 煤层的渗透性2.2 煤层气储集特征2.2.1 煤层气游离态2.2.2 煤层气溶解态2.2.3 煤层气吸附态2.3 煤层气运移和产出机理2.3.1 煤层气的解吸过程2.3.2 煤层气的扩散过程2.3.3 煤层气的渗流及产出过程2.4 本章小结第三章 煤层气吸附渗流的理论模型及其解析解3.1 基本假设3.2 非稳态吸附模型3.2.1 割理系统中的运动方程及定解条件3.2.2 基质微孔系统中的运动方程以及定解条件3.2.3 解析法求解3.3 拟稳态吸附模型3.3.1 运动方程及定解条件3.3.2 解析法求解3.4 Laplace数值反演3.5 计算结果分析3.5.1 非稳态与拟稳态压力计算结果比较3.5.2 非稳态与拟稳态产量计算结果比较3.6 本章小结第四章 气?水两相条件下煤层气运移数学模型4.1 数学模型的基本假设条件4.2 割理系统中气、水两相渗流方程4.2.1 气相渗流扩散方程4.2.2 水相渗流方程4.3 基质系统中气体运移方程4.4 辅助方程4.5 模型的初始条件与边界条件4.5.1 初始条件4.5.2 边界条件第五章 直井开采煤层气藏数值模拟与结果分析5.1 数值模型的建立5.1.1 割理系统中差分方程的建立5.1.2 煤层气窜流扩散方程的差分格式5.1.3 定解条件的差分格式5.2 数值模型的求解方法5.2.1 割理中气相压力求解5.2.2 割理中气、水饱和度求解5.2.3 基质中气体浓度和压力求解5.3 模型可靠性验证5.4 数值模拟结果及分析5.4.1 模型的基本参数5.4.2 参数敏感性分析5.5 本章小结第六章 水平井开采煤层气藏数值模拟与结果分析6.1 含井格块PID指数6.2 水平井内边界条件vg'>6.2.1 生产井定产气Qvgvw'>6.2.2 生产井定产水Qvw6.2.3 井底流压计算wf条件'>6.2.4 定井底流压pwf条件6.3 水平井产能参数敏感性分析6.3.1 模型的基本参数6.3.2 参数敏感性分析6.4 本章小结结论参考文献附录A 煤层气数值模拟软件简介A.1 软件概述A.2 软件运行A.2.1 软件系统要求A.2.2 参数输入界面致谢
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